膜濃縮+多效蒸發在處理高濃度含鹽廢水中的應用

吳智兵

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

膜濃縮+多效蒸發在處理高濃度含鹽廢水中的應用

吳智兵

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

以氯堿化工生產純水產生的高濃度含鹽廢水為處理對象，采用膜濃縮+多效蒸發技術廢水處理工藝，實現了廢水的回收利用，促進了水資源的充分利用和清潔生產。

保護環境；膜濃縮；多效蒸發；高含鹽廢水；回用利用

高濃度含鹽廢水是指含總溶解固體TDS和有機物的質量分數≥3.50%的廢水，包括高含鹽生活廢水和高含鹽工業廢水。高濃度含鹽廢水主要來源于直接利用海水的生活污水、工業生產和食品加工廠、化工廠、制藥廠及石油和天然氣的采集加工等。這些污水中除了含有有機污染物外，還含有大量的無機鹽，如Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+等離子。這些廢水如果未經處理直接排放，必定會對水體生物、生活飲用水和工農業生產用水產生極大危害。

天偉化工有限公司20萬t/a特種聚氯乙烯樹脂裝置配套建設3套純水裝置，其中2套采用反滲透工藝技術，1套采用陰陽離子技術。陰陽離子技術的陰床、陽床及混床需定期用酸堿再生，再生產生的酸堿廢水經過中和后pH值為6.5～8.5，含鹽量為13 000 mg/L，含鹽廢水量為200 m3/d。高濃度含鹽廢水的排放會環境污染，因此，處理高濃度含鹽廢水對保護環境起著至關重要的作用。天偉化工有限公司為了達到“零排放”的目標，將高濃度含鹽廢水經過處理后回用作為循環水補水。

1 高含鹽廢水的常用處理方法

目前，處理高濃度含鹽廢水的方法有∶納濾膜法（NF）、反滲透膜法（RO）、微濾（MF）、超濾（UF，如陶瓷膜處理）、太陽能法、蒸餾法（包括多效蒸發、多級閃蒸（MSF）、壓氣蒸餾、膜蒸餾、露點蒸餾法等）、低溫多效（MED）、電滲析法（ED）、水電聯產、熱膜聯產等。

經過綜合比較和分析，該公司采用膜濃縮+多效蒸發處理高濃度含鹽廢水，含鹽廢水處理量為200 m3/d，每天運行時間20 h，則含鹽廢水膜濃縮系統按照10 m3/h進行設計。廢水含鹽主要是氯化鈉，含量在13 000 mg/L。膜濃縮系統分為2級系統，一級采用普通卷式膜系統，將10 m3/h原水濃縮2.5倍后，4 m3/h濃水再進入高壓平板膜系統，經過高壓平板膜再濃縮2.5倍后剩1.5 m3/h濃縮液進入蒸發器蒸發，工藝流程即水力平衡圖見圖1。

圖1 工藝流程即水力平衡圖

2 膜系統工藝技術

2.1 卷式膜反滲透技術

反滲透簡稱RO，是六十年代發展起來的一種膜分離技術，其原理是原水在壓力的作用下通過反滲透膜，水中的溶劑由高濃度向底濃度擴散從而達到分離、提純、濃縮的目的，由于與于自然界的滲透方向相反，因而稱反滲透。反滲透可以去除水中的細菌、病毒、膠體、有機物和98%以上的溶解性鹽類。該方法具有運行成本低、操作簡單、自動化程度高、出水水質穩定等特點。與其他傳統的水處理方法相比具有明顯的優點，廣泛運用于水處理相關行業。

反滲透水處理工藝屬于物理脫鹽方法，在諸多方面具有傳統的水處理方法所沒有的優異特點。

（1）反滲透是在室溫條件下，采用無相變的物理方法將含鹽水進行脫鹽、純化。目前，超薄復合膜元件的脫鹽率可達到99.5%以上，并可同時去除水中的膠體、有機物、細菌、病毒等。

（2）水的處理僅依靠水的壓力作為推動力，其能耗在許多水處理方法中最低。

（3）反滲透可以連續運行制水，系統簡單，操作方便，產品水質穩定。

（4）反滲透裝置自動化程度高，運行維護和設備維護工作量少。

（5）設備占地面積小。

（6）既適應于苦咸水和海水的處理，又適應于低含鹽量的淡水處理。

2.2 高壓平板膜系統技術

高壓平板膜系統是一種超高壓力的反滲透系統，最高運行壓力可達到20 MPa，適用于高鹽度廢水、海水、以及各種高濃度水性物料的高倍數濃縮和處理。高壓平板膜系統膜組件結構有以下特點。

（1）由耐壓導流盤，膜片疊置及中央通道拉桿組成，導流盤并不壓在膜包表面上置于中央拉桿周圍的O形圈將進水和純水分開。

（2）平板元件入水流道短，流動連續產生 180°轉向從而消除了濃度極化。

（3）膜表面和配流盤之間的通道之間的間距在1 mm以上，這種開敞式通道的獨特設計，使得原水即使濁度高至80 NTU仍可正常工作，這樣就可以簡化預過濾。較寬的通道也可以承受更快的膜表面液體流速，高達0.4～1.0 m/s的膜表面流速可以大大降低濃差極化的可能性。

（4）由于導流盤經特殊流體力學設計，保證了膜表面的水流呈湍流狀態，使得膜表面的污染和結垢少，膜穩定性極高，正常使用壽命可達3年以上。由于高壓平板膜膜柱的設計中，其他附件均選擇質量很高的元件，使得可以長期使用15年，每隔3～5年只需要更換膜包，費用低且非常簡便。

（5）高壓平板膜系統操作溫度范圍為10～35℃，滿足大多數工業處理的需要。

3 含鹽廢水蒸發濃縮分離技術

經過反滲透系統及高壓平板膜系統處理后的含鹽廢水，采用雙效順流強制循環蒸發裝置。鹽溶液蒸發屬于蒸發結晶，因此蒸發器采用抗鹽析、抗結疤堵管能力強的強制循環蒸發器。由于該混合溶液具有腐蝕性，長期運轉考慮，蒸發材質選用鈦材TA2，與二次蒸汽接觸材質選用不銹鋼304，其他材料可選用炭鋼。

3.1 含鹽廢水濃縮系統

該工藝采用轉效排鹽，集中排母液的方式進行生產。Ⅰ效集鹽角中的鹽排到Ⅱ效下循環管中。Ⅱ效集鹽角中的鹽漿由鹽漿泵抽入漩渦鹽分離器進行分離后進入沉鹽器，沉鹽器收集滿后將鹽排入離心機離心分離，離心母液回蒸發室再次蒸發結晶，離心機離心分離出來的鹽分可以直接出售，如果要求更低的含水率，也可以再進入干燥系統進一步脫離水處理，工藝流程示意圖見圖2。

3.2 蒸汽及二次蒸汽系統

圖2 含鹽廢水蒸發濃縮分離技術工藝流程示意圖

來自外網的蒸汽通過減壓后用閥門調節進入Ⅰ效加熱室，控制表壓為0.3 MPa。生蒸汽管路上設置有安全閥，超壓后自動排泄報警，確保蒸發系統的安全。Ⅰ效蒸發室蒸發后的二次蒸汽經蒸汽管路進入Ⅱ效加熱室。Ⅰ效加熱室的冷凝水排回鍋爐房。Ⅱ效加熱室的冷凝水進入Ⅱ效閃蒸罐，Ⅱ效閃蒸罐中產生的閃發汽體回到冷凝器進口，冷凝水經閥門調節進入冷凝水平衡罐。

Ⅱ效蒸發室排出的二次蒸汽進入冷凝器，冷凝器冷凝產生的冷凝水與Ⅱ效加熱室產生的冷凝水匯集至冷凝水罐。

3.3 二次蒸汽循環冷凝系統

Ⅱ效蒸發室產生的二次蒸汽進入冷凝器，冷凝器采用循環冷卻水進行換熱降溫。循環水的循環量一般控制在50 m3/h，最佳溫度控制在30℃以下。

4 水質情況對比

采用膜濃縮+多效蒸發處理高濃度含鹽廢水，處理量10 m3/h，回收利用8.5 m3/h，用于敞開式循環冷卻水補水，替代一次水補水，水質對標見表1。

通過直觀的數據對比可以清楚的發現，采用膜濃縮+多效蒸發技術處理高濃度含鹽廢水效果明顯，處理后的水各項指標已經達到新鮮水指標。已將處理后的水回用于循環水補水節約大量水資源。

表1 水質情況對比

5 結論

采用膜濃縮+多效蒸發技術對高濃度含鹽廢水進行處理，實現了廢水的綜合利用，減少新鮮水用量，節約水資源，減少廢水排放量。蒸發過程較為穩定，處理完的水質極好，水質條件可以超過管網新鮮水水質，作為循環水補水可以使循環水系統保持較高的循環倍數，較低的硬度和有機物含量可以減少企業換熱系統的腐蝕和結垢。

Application ofmembrane concentration and multieffect evaporation in the treatmentofhigh concentration saltcontaining wastewater

WU Zhi-bing
（Tianwei ChemicalCo.,Ltd.,Shihezi832000，China）

∶To produce pure water ofchlor alkalichemicalindustry production high concentration containing salt wastewater as treatment object，using membrane concentration+multi effect evaporation technology for wastewater treatment process，achieve the high concentration containing salt waste water recycling，to promote the fulluse ofwaterresources and cleanerproduction.

∶protect the environment；membrane concentration；multi effect evaporation；high salt waste；recycling utilization.

TQ114.26+1

：B

：1009－1785(2017)04-0036-03

2017-01-09